Kompleksowe badania centrów rekombinacji promienistej w monokryształach heksagonalnego azotku boru z zastosowaniem spektroskopii wysokociśnieniowej i czasowo rozdzielonej wspartej analizą teoretyczną

Projekt „Kompleksowe badanie centrów rekombinacji radiacyjnej w heksagonalnych monokryształach azotku boru z wykorzystaniem spektroskopii wysokociśnieniowej i czasowo-rozdzielczej wspartej analizą teoretyczną” poświęcona jest innowacjom i unikatowości podejście do rozwiązania zagadki centrów rekombinacji radiacyjnej, których emisję obserwuje się w procesie fotoluminescencji (PL) sześciokątnych kryształów azotku boru (h-BN). H-BN jest jednym z kluczowych materiałów dwuwymiarowych (2D). intensywnie badane zarówno ze względu na obfitość nowych zjawisk fizycznych, jak i z punktu widzenia licznych zaawansowane aplikacje. Składa się z jonów boru i azotu tworzących płaskie wiązania kowalencyjne sp2 z plastrem miodu strukturę wewnątrz warstw i słabe wiązania van der Waalsa pomiędzy warstwami, tworząc trójwymiarowy kryształ o szerokie pośrednie pasmo wzbronione ~6 eV, w przeciwieństwie do grafitu półmetalicznego lub grafenu o podobnej strukturze. Ta duża przerwa wzbroniona mieści w sobie liczne optycznie aktywne stany elektroniczne defektów strukturalnych i zanieczyszczeń, których jest w nich mnóstwo obecnie hodowane kryształy lub warstwy epitaksjalne. Wiele z nich działa jak jasne, pojedyncze źródła fotonów z różnymi fotonami energie od 5,5 eV do ~1,5 eV lub jako wydajne emitery ultrafioletu o ekstremalnej stabilności termicznej. Jednak do pełni kontrolować i opracowywać na żądanie unikalne zastosowania h-BN, taki powinien być charakter ośrodków rekombinacji radiacyjnej zidentyfikowany. Pomimo intensywnych badań eksperymentalnych i teoretycznych, jest to nadal jeden z nierozwiązanych problemów, a żaden z nich obecnie proponowane przypisania wad są ostateczne. Głównym celem projektu jest szczegółowe badanie optycznie aktywnych defektów w h-BN. Aby osiągnąć ten cel, tak jest zaproponowano zastosowanie nowego kompleksowego podejścia obejmującego: 1. Wzrost monokryształów h-BN w roztworze azotu pod wysokim ciśnieniem, najpierw nominalnie czystych, a następnie o kontrolowanej zawartości wybranych zanieczyszczeń (C, Mg, Ge, O), o różnych parametrach wzrostu (ciśnienie, temperatura, skład). roztwór wzrostowy) na potrzeby konkretnych eksperymentów badawczych. 2. Charakterystyka defektów mikrostrukturalnych otrzymanych kryształów metodą dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD) w celu szczegółowej analizy stałe sieci, grubości i skład warstw oraz rozkład odkształceń w kryształach, elektron skaningowy mikroskopia (SEM) i transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) do szczegółowej analizy grubości warstw i jednorodność, spektrometria rentgenowska z dyspersją energii (EDX) i spektrometria mas jonów wtórnych (SIMS) w celu uzyskania szczegółowych informacji charakterystyka defektów wyhodowanych kryształów. 3. Charakterystyka właściwości optycznych obejmująca pomiary zależności ciśnienia i temperatury Kinetyka rozpadu PL, PL, widma PLE, katodoluminescencja i widma Ramana. W szczególności proponujemy skorzystanie z Spektroskopia wysokociśnieniowa z ogniwami diamentowymi/szafirowymi w celu uzyskania głębszego wglądu we właściwości luminescencyjne punktu defekty h-BN w całym zakresie widma widzialnego i głębokiego UV. Spektroskopia wysokociśnieniowa jest bardzo skuteczną metodą eksperymentalne narzędzie do identyfikacji rodzajów defektów w materiałach, które pozwala na uzyskanie nowych i cennych danych są trudne lub niemożliwe do uzyskania innymi metodami. Zmieniając ciśnienie, możemy zmieniać je w sposób kontrolowany i płynny zarówno strukturę energetyczną stanów pasmowych kryształu macierzystego, jak i poziomy energii defektów. Dlatego to technika jest bardzo przydatna do rozróżnienia przejść radiacyjnych między pasmami lub przejść obejmujących defekty na płytkim poziomie od tych, w których uczestniczą głębokie stany defektowe. Dodatkowe informacje na temat charakteru obserwowanej emisji będą dostępne można wyodrębnić z pomiarów PL zależnych od temperatury lub PL z rozdzielczością czasową. 4. Analiza teoretyczna: symulacje ab initio kryształów h-BN o różnych strukturach defektowych na podstawie gęstości metoda funkcjonalna; obliczenia zostaną przeprowadzone przy użyciu kilku modeli o różnym poziomie szczegółowości, aby uzyskać dokładność opis i pełne zrozumienie zaobserwowanych efektów. Końcowym rezultatem projektu będzie nowa wiedza na temat hodowli wysokiej jakości kryształów h-BN, struktury energetycznej wybrane zanieczyszczenia w gospodarzu h-BN i ich wpływ na właściwości optyczne badanego materiału prowadzące do: lepsze zrozumienie i lepsza kontrola występujących właściwości emisji, których nie można w wystarczającym stopniu kontrolować obecny. Wyniki te pozwolą na zaprojektowanie kryształów h-BN o zadanych właściwościach emisyjnych.